华中科技大学钢结构习题答案

解：tw(mm)hw(mm)b(mm)t(mm)M(kN.m)V（kN）已知1012004001812002051)截面几何性质计算截面惯性矩Ix（mm4)6.781E+09截面抵抗矩W(mm3)10972614中和轴焊缝截面面积矩S6184800翼缘与腹板交界处S143848002)焊缝强度验算最大剪应力1985MPa最大正应力109140MPa腹板与翼缘交汇处正应力106腹板与翼缘交汇处剪应力13折算应力1091.1[σt]=154满足解：b(mm)t(mm)Nmax（kN）Nmin[σ]N/mm2已知34024160024020029.41181）疲劳容许应力应力循环特征系数ρ=Nmin/Nmax0.15查附表4-4得容许应力类别为5.3再查附表4-3得疲劳容许应力的计算公式：[sn]=190/（1-0.6ρ）疲劳容许应力：209[σ]=2002)焊缝强度验算最大正应力196[σ]=200焊缝强度满足解：bt盖板b1t1N（kN）[τf]已知：340143008490851)初选焊脚尺寸钢板A1盖板A2最大=t-1~27~647604800最小=1.5*t大^1/25.62）强度验算因为仅用两条侧缝连接时，两侧缝的间距不能大于200（t=8mm12mm)，所以采用三面围焊。正面角焊缝所承受的力214200侧面角焊缝所承受的力275800连接一侧所需焊缝计算长度198200mm所以取连接盖板长度410解：lw(mm)t(mm)F（kN）e(mm)[τf]hmaxhmin已知：200163203012015-1461）内力计算弯矩(N.mm)9600000剪力(N)320000弯矩在焊缝截面上引起的应力720剪力在焊缝截面上引起的应力8002)焊脚尺寸计算所需焊脚有效厚度he=9角焊缝焊脚尺寸=13可行20-8已知钢板梁腹板t=10mm，Q235钢，采用焊透对接焊缝（使用了引弧板）连接。钢板梁腹板对接处作用弯矩为M=1200kN.m，剪力V=205kN，试验算对接焊缝的强度。20-9已知两块等厚不等宽的钢板用焊透的对接焊缝（X型剖口）连接，焊接中采用引弧板，钢材材料为Q345钢。焊缝承受变化轴心力作用，Nmax=1600kN(拉），Nmin=240kN(拉）。试进行对接焊缝强度验算。20-10已知两块钢板2-340×14采用双盖板对接，钢板材料为Q235钢。盖板与钢板之间采用角焊缝，手工焊，E43型焊条，接头承受轴向拉力N=490kN，试进行连接接头的设计取焊脚尺寸=6mm实际长度取20-11支承角钢L200×125×16两边采用侧面角焊缝与柱连接，构造如图所示，已知钢材为Q345钢，普通手工焊，E50型焊条，偏心力F=320kN，偏心距e=30mm，求角焊缝的焊脚尺寸。解：连接板bt1(mm)盖板b1t2(mm)N（kN）[σ]N/mm2dd0已知：3401434084901402021.51）单个螺栓抗剪容许承载力svbscb受剪承载力5024080170承压承载力47600单个螺栓抗剪容许承载力取此值2）所需的螺栓数10.2941183）螺栓布置端距≥水平方向≥竖向≥4364.564.5排3列螺栓端距、中距实际取值mm507080盖板实际尺寸mm4904）净截面强度验算连接钢板净截面面积mm23556138[σ]=140满足要求解：d（mm）dj(mm)M（kN.m）V（kN）n（个）[σt]MPaAe已知2420.18553012110352.5单个螺栓受拉容许承载力38775Σyi2750000受力最大的螺栓34000.00Ntb解：连接板bt1(mm)盖板b1t2(mm)N（kN）PkNdd0已知3401434084901552021.5取盖板截面尺寸340*8*2mK1）单个摩擦型受剪容许承载力（kN）63.820.351.72）所需螺栓数7.68取8个排2列3）螺栓布置边距(mm)中距(mm)连接盖板长度50803704）截面验算净截面强度验算N'367.5An3556s103[σ]=140满足要求毛截面强度验算103[σ]=140满足要求设计完成（1）进行节点板与柱连接处高强度螺栓的强度验算（螺栓数目n=8）（2）计算杆件与节点板所需要的高强螺栓数目级布置。解：（1）进行节点板与柱连接处高强度螺栓的强度验算（螺栓数目n=8）已知：PkNmKN（kN）1550.351.7240单个摩擦型受剪容许承载力（kN）31.912单个摩擦型受拉容许承载力（kN）93螺栓群承受的轴拉力：（kN）192螺栓平均承受拉力24Ntb=93螺栓群承受的剪力（kN）144螺栓平均承受剪力18同时受拉-剪单个螺栓容许承载力25Nv=1820-14钢梁与柱接头构造如图所示，钢梁支承在焊接于钢柱的承托上，并且钢梁与柱用粗制螺栓连接。已知钢材为Q235钢，粗制螺栓直径d=24mm，螺纹处内径dj=20.1mm，弯矩M=85kN.m，剪力Q=530kN，试对螺栓进行强度验算20-15与题20-10条件相同。先采用双盖板高强度螺栓摩擦型连接。高强度螺栓为40B钢，直径d=20mm，孔径d0=21.5mmm，板件接触面经喷砂后涂无极富锌漆。试进行连接接头设计20-16图20-48中节点板与拉杆（2L80×6）、柱的连接采用高强度螺栓摩擦型连接。已知高强度螺栓直径d=20mm，40B钢，接触面经喷砂后涂无极富锌漆；钢材为Q235钢，轴向拉力N=240kN。20-12与题20-10条件相同。现采用双盖板粗制螺栓连接，粗制螺栓直径d=20mm，孔径d0=21.5，试进行连接接头设计。取螺栓数量n=12（2）计算杆件与节点板所需要的高强螺栓数目级布置。已知：A（mm2）d0（mm）1879.421.5单个摩擦型受剪容许承载力（kN）63.824连接所需的螺栓数n：3.76取4个螺栓布置：端距中距≥2d0=43≥3d0=64.55070净截面强度验算：N'210净截面面积An1621.4σ129.52[σ]=140满足要求毛截面强度验算127.70[σ]=140满足要求64.5216225216225151357.564.5解：已知：b（mm)t（mm)h0（mm)tw（mm)d0（mm)N1(kN)4602044010233319.41）截面几何性质净截面面积An（mm2）19120毛截面面积A（mm2）22800截面惯性矩Ix324490000回转半径ix119.30lx=67.06[l]=130截面惯性矩Iy1044960000回转半径iy214.08ly=37.37[l]=1302）强度验算疲劳容许应力应力循环特征系数r0.233220.81弦杆截面计算应力为173.61[σn]=200强度满足解：截面无削弱强度满足，不许考虑已知：截面a）b（mm)t（mm)h0（mm)tw（mm)l（mm)N1(kN)4602042014.00800026501）截面几何性质毛截面面积A（mm2）24280截面惯性矩Ix（mm4）324549373长细比lx查附表4-8得纵向弯曲系数j1回转半径ix（mm）115.6269.19Q235钢0.7142）承载力计算Q345钢0.636Q235钢Nmax=2426107.62650kNQ345钢Nmax=3088780.22650kN已知：截面b）b（mm)t（mm)h0（mm)tw（mm)l（mm)N1(kN)5201846412.00800026501）截面几何性质毛截面面积A（mm2）24288截面惯性矩Ix（mm4）421890816长细比lx查附表4-8得纵向弯曲系数j1回转半径ix（mm）131.8060.70Q235钢0.7212）承载力计算Q345钢0.700Q235钢Nmax=2452889Q345钢Nmax=3399106下结论：Q235钢两个截面均无法承受N=2650kN，Q345钢两个截面均可。题目应为Q235钢，N=2450kN解：已知：b（mm)t（mm)h0（mm)tw（mm)l（mm)N1(kN)4401443210.00136008701）截面几何性质l0（mm)毛截面面积A（mm2）166400.8l净截面面积An（mm2）14064截面惯性矩Ix（mm4）198798667长细比lx查附表4-8得纵向弯曲系数j1回转半径ix（mm）109.3099.540.429[l]=100刚度足2）强度验算21-11栓焊钢桁架主桁下弦杆采用焊接H截面（图21-32）。已知弦杆几何长度l=8m，Q345钢材。弦杆与节点板采用高强螺栓连接，螺栓孔径d0=23mm，高强度螺栓沿翼缘板布置剪图21-32，承受变化轴向拉力N1=3319.4kN，N2=772kN，试进行弦杆验算查附表4-4得容许应力类别为3.1，再查附表4-3，得疲劳容许应力[sn]的计算式：22-12如图22-33a和b所示均为焊接H形截面，两者的截面面积大致相等。若被用于轴心受压构件截面，压杆的计算长度l0x=l0y=8m，试问他们能否承受N=2650kN的作用？21-14钢桁架主桁斜杆几何长度l=13.6m（图21-35），焊接H形截面，钢材为Q345钢。斜杆与节点板采用高强度螺栓连接，螺孔d0=23mm；构件承受变化轴力作用，N1=870kN（拉），N2=-400kN（压），试进行该斜杆验算。疲劳容许应力应力循环特征系数r-0.460149弦杆截面计算应力为：90[sn]=149MPa强度满足3）整体稳定验算弦杆截面计算应力为56.08[σ]=200满足要求4）局部稳定验算翼缘局部稳定验算翼缘板宽厚比b/t15.36因为l60满足腹板宽厚比h0/tw43.20.5l+554.77和45满足解：A1(mm2）I1（mm4)Ix（mm4)c（mm)z0（mm)l0x已知：2883128000017804000280.00207000对截面a）按对实轴的稳定计算承载力长细比lx查附表4-8得j189.060.657实轴最大稳定承载力N530370按对虚轴的稳定计算承载力对y轴的额截面惯性矩Iy115573600长细比ly长细比y对y轴的回转半径iy141.5849.4424.72换算长细比60.58查附表4-8得j1N=对虚轴的稳定承载力6627780.821对截面b）按对虚轴的稳定计算承载力对y轴的额截面惯性矩Iy68574934长细比ly长细比y对y轴的回转半径iy109.0564.1932.09换算长细比73.110.755N=对虚轴的稳定承载力609436最终最大承载力由绕实轴屈曲确定：N=530kN解：已知：A(mm2）iy（mm)ix（mm)Wx1（mm3)Wx2（mm3)y0（mm)360836.3453848081300451）强度验算净截面面积An（mm2）3264由轴力产生由弯矩产生由弯矩压最大拉应力223.1064.34158.76335.17最小拉应力-270.83强度不满足2）刚度验算长细比lx66.67长细比ly82.64[l]=180刚度满足解：b（mm)t（mm)h0（mm)tw（mm)l（mm)N(kN)已知：11014240830002501）截面几何性质截面面积（mm2）5000净截面面积An（mm2）3712对x轴截面惯性矩(mm4)58943627容许宽厚比=18查附表4-4得容许应力类别为3.1，再查附表4-3，得疲劳容许应力[sn]的计算式：21-15一缀板轴心受压构件，计算长度l0x=7m，l0y=3.5m。截面由2[20a组成，采用图21-36中a）、b）两种截面形式。压杆宽度均为320mm，单肢长细比l1=35，钢材为Q235钢，试分别确定其最大承载力。21-16试验算图21-37所示拉弯构件，已知构件由2L140×90×8组成，常采用普通螺栓与厚度为10mm的节点板连接，螺栓孔径d0=21.5，钢材为Q235钢，杆件计算长度l0x=l0y=3m，计算轴向拉力N=210kN，弯矩M=23.76kN.m。21-17焊